廢舊電池修復原理與方法

? 廢舊電池修復原理與方法

電池又稱化學電源，是能為用電器提供直流電源的裝置，化學電源是通過氧化還原的電化學反應，將化學能轉化為電能。一次電池是一次性應用的電池，二次電池是可多次反復使用的電池，因此這里的二次實際上是多次的意思。二次電池又稱為可充電電池或蓄電池。?
相對于零電平或某一基準電平幅值為正的脈沖叫正極性脈沖,簡稱正脈沖,反之,則為負脈沖.正負脈沖按一定占空比出現的稱組合脈沖。二十世紀以來,隨著人們對負脈沖的認識的不斷提高,負脈沖的應用范圍不斷擴大,在許多領域都得到了廣泛的應用,如：能源.醫(yī)療.勘探.等。?
我公司經過多年努力研制出組合脈沖修復機.組合脈沖充電器.對各種廢舊蓄電池的修復與維護具有良好的效果.下面以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為例.介紹一下組合脈沖修復機和組合脈沖充電器.對蓄電池的維護與修復原理:?
基礎部分?
一.?? 鉛酸蓄電池?
鉛酸蓄電池是蓄電池的一種.以其低廉的價格(鎘鎳電池的六分之一~~`~~五分之一)， 良好的高倍率放電性能，應用非常廣泛，如汽車、摩托車、火車、輪船、通信以及UPS等均需運用。鉛酸蓄電池主要由正極板、負極板、電解液、容器、極柱、隔膜、可導電的物質等組成。?
（一）?? 正極板（正極活性物質）?
正極板活性物質的主要成分是二氧化鉛。具有較強的氧化性，放電時，與硫酸發(fā)生反應生成硫酸鉛，并吸收電子，二氧化鉛有兩種類型晶格，一種是α—Pb02 另一種是β—Pb02。這兩種二氧化鉛活性物質差別很大，它們在正極板所起的作用也不相同。?—Pb02 給出的容量是α—PbO2 的1.5~~~3倍。而α—Pb02具有較好的機械強度，它的存在，正極板活性物質不宜軟化脫落，只有α—Pb02?? 和βα—PbO2 的比例達到0.8時，鉛蓄電池會表現出良好的性能 。??
正極活性物質在放電狀態(tài)下，與電解質硫酸發(fā)生反應生成硫酸鉛與水。其反應式如下：Pb02+3H++HSO4-+2e==PbSO4+2H2O????????
充電時，在外線路的作用下轉化為ρbO2與H2SO4放電時，二氧化鉛的ρb4+接受了負極送來的電子形成ρb+2與溶液中的硫酸根離子結合生成ρbSO4 。當硫酸鉛達到一定量時，變成沉淀物附著在極板上。充電時硫酸鉛中的鉛離子 的電子被外線路帶走轉化為 二氧化鉛。將水中? 氫離子留在溶液中。氧離子與鉛離子結合生成二氧化鉛進入晶格，形成正極活性物質。?
（二）負極板（負極活性物質）?
在鉛酸蓄電池里，為了供負極活性物質充分與電解液發(fā)生反應，故將鉛制成多孔海棉狀，又稱為海綿鉛，在放電時，鉛給出外線路電子形成 Pb+2 與溶液的硫酸根 結合生成硫酸鉛，充電時，部分PbSO4首先溶解成Pb2+與SO4。Pb+2接受電子還原成鉛進入負極活性物質晶格。??
（ 三）電解液?
硫酸是鉛酸蓄電池電解液中的重要原材料之一，市場上濃硫酸一般分為兩種：一種是工業(yè)用濃硫酸，純度較低，不適用于鉛酸蓄電池；另一種為純度較高的分析純，較適合于鉛酸蓄電池，硫酸的分子量為98，濃硫酸中硫酸含量為98%是無色透明油狀液體，具有很強的吸水性和腐蝕性，與水結合后，可放出大量的熱。所以在電解液配制過程中，一定要注意防護，以免出現危險，配制時，千萬不要把水加入濃硫酸中，而是將濃硫酸緩慢加入水中。?
鉛酸蓄電池電解液配制過程中，對水的要求較高，水中含雜質的多少，直接影響電池的質量。鉛蓄電池用水外觀是無色透明的，殘渣含量應小于0.01%。一般檢驗水的標準用電阻率（Ωcm）或電導率來表示，比較簡單的方法是：采用電阻率測量法：用數字式萬用表將檔位撥至20MΩ處，將萬用表兩只表筆相距1厘米，測出水的電阻阻值在5——10MΩ即可。?
（四）?? 隔板?
隔板也是鉛蓄電池主要組成部分之一，其質量對電池影響很大，隔板的主要功能是防止電池正負極板短路，蓄電池中，對隔板的要求是：采用多孔質隔板，允許電解液自由擴散和離子遷移，要有比較小的電阻，隔板孔徑要小。空隙總面積要大，要防止脫落的活性物質到達對方的極板. 因此, 隔板的孔徑要小, 孔數要多。?
二：電池修復過程中常用的名詞：?
1：不可逆的硫酸鹽化?
不可逆的硫酸鹽化，簡稱硫酸鹽化。鉛酸蓄電池在放電時，正負極板都產生一種化合?? 即硫酸鉛，硫酸鉛是一種難溶于水，不導電的物質，在正常情況下，蓄電池在放電后形成的硫酸鉛結晶比較小，充電時，在電的作用下，比較容易地溶解并還原成鉛。如果使用不當，常常充電不足、失水、過放電等。硫酸鉛就會形成粗大堅硬的結晶體，這時就很難用一般的方法將其還原成鉛，所以被稱之為不可逆的硫酸鹽化，由于硫酸鹽化，一方面，它可以阻擋硫酸與其他活性物質接觸并發(fā)生反應：另一方面，使活性物質數量減少，它可引起蓄電池容易下降，嚴重時會造成蓄電池壽命終止。?
? 2：活性物質的脫落?
在我們修復廢舊電池時，有些電池加水修復后，從注水孔內流出一些紅褐色液體。即為脫落的活性物質，活性物質脫落原因有以下幾種解釋：1、電池受外力的影響，如振動，摔打等。2、α—PbO2。βPbO2變體模型。αPbO2是活性物質骨架，當電池在充放電時，一部分α—PbO2轉化為β—PbO2從而導致軟化脫落。3、隨著循環(huán)進行，活性物質由無定性態(tài)逐漸晶形化，即結晶度增加，水化聚合物鏈數目減少，凝膠壓電阻增加，晶粒間電接觸惡化，該活性物質脫落。4、還有人們認為，隨著充電和放電的不斷進行，活性物質形成若干密集的團塊，當團塊間缺乏足夠的連接時，活性物質就會脫落，電池失效。?
3：電池的電壓?
電池正負兩極的電勢差稱蓄電池的電壓，一般用萬用表來測量。在電池修復過程中，其電壓有三種表現形式：第一種叫空載電壓，又稱為開路電壓，就是電池即不充電又無負載的情況下測量到的電池電壓：第二種叫負載電壓，就是電池放電過程中某個時段所測量的電池電壓。第三種叫在線電壓，就是電池在充電過程中某一時刻所測量的電壓，了解三種電壓測量方法，對判斷電池是否斷路或短路；電池內阻計算具有重要的意義。?
4：蓄電池的容量?
蓄電池的容量是衡量蓄電池性能的一項重要指標。一般用安時來表示。放電時間（小時）與放電電流（安培）的總稱，即容量=放電時間×放電電流。電池的實際容量，取決于電池中活性物質的多少和活性物質的利用率。活性物質是量越多，活性物質利用率就越高，電池的容量也就越大。反之容量越小，影響電池容量的因素很多，常見的有以下幾種：?
（1）?????? 放電率對電池容量的影響?
? 鉛蓄電池容量隨放電倍率的增大而降低，也就是說放電電流越大，計算出電池的容量就越小。比如一只10Ah的電池，用5A放電可以放2小時，即5×2=10 ； 那么用10A放電只能放出47.4分鐘的電，合0.79小時。其容量僅為10×0.79=7.9安時。所以對于給定電池在不同時率下放電，將有不同的容量。我們在談到容量時必須知道放電的時率或倍率。簡單的講就是用多大的電流放電。?
（2）?????? 溫度對電池容量的影響?
? 溫度對鉛酸蓄電池的容量影響較大，一般隨溫度降底，容量的下降，容量與溫度的關系如：?
?Ct1= Ct2/1+k（t1-t2 ）。t1t2分別是電解液的溫度，k為容量的溫度系數，Ct1溫度為t1時容量（Ah），Ct2是溫度為t2時的容量（Ah）在蓄電池生產標準中，一般要規(guī)定一個溫度為額定標準溫度,如規(guī)定t1為實際溫度,t2為標準溫度,(一般為25攝氏度)?
?? 負極板受低溫的影響要比正極板敏感.當電解液溫度降低時,電解液粘度增大,離子受到較大的阻力,擴散能力下降,電解液電阻也增大,使電化學反應阻力增加,一部分硫酸鉛不能正常轉化.充電接受能力下降,結果導致蓄電池容量下降.?
(3)終止電壓對電池容量的影響?
當電池放電至某一個電壓值以后,產生電壓急劇下降,實際上所獲得的能量非常小,如果長期深放電,對電池的損害相當大.所以必須在某一電壓值終止放電,該截止放電電壓叫放電終止電壓.設定放電終止電壓,對延長蓄電池使用壽命意義重大.一般我們所維修的電動車電池，電摩電池的放電終止電壓為每格1.75伏，也就是說一節(jié)12伏電池為6格，其放電終止電壓是6×1.75=10.5伏。?
(4)極板的幾何尺寸對電池容量的影響?
? 在活性物質的量一定時，與電解液直接接觸極板的幾何面積增加，電池容量的增加，所以極板的幾何尺寸，對電池容量的影響不可忽視。?
①極板厚度對容量的影響?
活性物質的量一定，電池容量隨極板厚度的增加而減少，極板越厚，硫酸與活性物質接觸面就越小，活性物質的利用率越低，電池容量越小。?
②極板高度對容量的影響?
在電池中，極板的上下兩部分的活性物質利用率存在著較大的差異，實驗證實，放電初期，極板上部比下部的電流密度大約高出2倍~~2.5倍，這種差別隨著放電時的推移逐漸減少，但上部要比下部的電流密度大。?
③極板面積對容量的影響?
活性物質的量一定，極板幾何面積越大，活性物質的利用率也越高，電池的容量越大。在電池殼體相同，活性物質量不變情況下，采用薄極板增加極板片數，也就是增加了極板的有效反應面積 ，從而提高了活性物質的利用率，增加了電池的容量。?
5鉛酸蓄電池的內阻?
??? 蓄電池的內阻是由蓄電池內部物質形成的電阻，蓄電池的內阻只有在充放電時才能形成。它不是常數，而是在充放電過程中隨時間的變化而變化的。我們平時所講的內阻是某一時刻的總內阻。它不僅包含了蓄電池的內阻，而且還包含有極化的全電阻值。?
就單電池而言，電池的內阻很小，主要是由電解液，隔板和極板本身的電阻構成。如果是電池組，單體電池之間的連接導線、極柱等都是構成電阻的重要部分。計算電池內阻可用以下方法：設空載電壓為V1，負載電壓為V2，則電池的內阻為R=V1-V2/I。I是放電電流。必須注意的是第一：測量的全過程必須在10﹣-4秒內完成，否則? 測內阻應該包括極化時的全部電阻值，它是可以變化的。?
6鉛蓄電池的短路與斷路?
? 在廢舊電池修復過程中，短路與斷路是判斷電池能否維修的關鍵。?
蓄電池短路有外部和內部之分，外部短路則是用導線將正負兩極連接起來，通常用這一“±”方法來判斷電池的好壞。內部短路是指在電池內部正、負極板是靠隔膜（隔板）把它們相互隔離的，一但隔膜受損，如隔膜老化，隔膜腐蝕等均可造成短路。?
蓄電池的斷路是指：整個電池回路中斷，要與斷格區(qū)分開來，斷格是極板部分脫離。斷路是電池無電壓電流，斷路一般是由于電池樁頭與極板完全脫離，或硫酸鉛嚴重包圍極板供電流不能正常通過。一般不多見，最常見的是短路，最常見的判斷電池短路的方法有三種：?
第一種是用電壓表測量蓄電池電壓，如小于11.5伏，則該電池可能短路；第二種是給蓄電池加水后，再測量其電壓，因為有些電池由于嚴重缺水，加水前，電壓可超過12伏。但加水后，由于隔膜軟化，極板吸水后膨脹，隔膜功能顯現出來，開路電壓反而小于11.5V；第三種是充電時，尤其是修復后電池電壓始終過不到15伏，也可判斷為短路.但要與硫酸濃度降低加以區(qū)分。后者在放電時，電壓下降慢，加入濃硫酸后，電壓或容量可以恢復。?
7蓄電池的自放電?
自放電指的是電池在不使用或在貯存間，出現容量下降的現象。也就是說的電池在無任何負載時，由于自放電使容量損失。?
一般電池的自放電主要出現在負極，因為負極活性物質中多為比較活潑的金屬粉末，沖在溶液中比氫的電勢負，容易發(fā)生置換氫氣的反應。如果在極板上存在比電勢低的金屬雜質。這些雜質在極板活性物質中形成了微小的腐蝕電池，引起負極金屬自容，并伴有氫氣板出，從而使容量減少。?
自放電的嚴重程度將直接影響電池質量。一般用自放電率來表示其公式為：自放電率=Ca－Cb/CaT×100％其中，Ca為電池初始容量，Cb為放置后電池容量，T為放置時間。值得說明的是，當自放電率為負值時，說明貯存時間不長，電池處于容量增長期。?
三：鉛酸蓄電池的工作原理?
鉛蓄電池在充電和放電會產生如下反應：PbO2+pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O在充電時，在電能的作用下，轉化為PbO2 、Pb和H2SO4也就是說充電是由電能轉化為化學能的過程。放電時，正極板接受了負極板送來的電子，鉛離子有正4? 價變?yōu)檎?價。與硫酸根接觸生成難溶于水的 硫酸鉛，負極的鉛由于輸出2個電子，變成正2價。同樣也生成硫酸鉛。也就是說放電時，再由貯存的化學能轉為電能。?
蓄電池在充電過程中，或在充電終了時，電極上會伴隨著水的分解反應。其原因是因為鉛酸電池正極充電接受能力較差，一旦正極充電狀態(tài)達到70%時，氧氣開始在正極上析出。負極充電狀態(tài)超過90%時，氫氣在負極上析出。一般地講，正電極充電到額定電量的120%時。才能達到完全充電狀態(tài)，所以，鉛酸電池每次充電均會產生水的分解反應消耗水，因此定期補水維護不可避免。?
四：硫酸鹽化及蓄電池失效機理?
隨著蓄電池的使用次數增加，放電容量不斷減小，由于人們對電池的使用要求不對，所以報廢標準也不相同。一般來講，正常使用電池，容量低于額定容量60%。即為報廢電池，需要維護或維修。由于電池的制造條件，使用方式有差別，最終導致電池報廢的原因也各不相同。但歸納起來有以下幾種①正極板的腐蝕變形②正極活性物質軟化脫落③不可逆的硫酸鹽化④容量過早損失⑤熱失控。其中不可逆的硫酸鹽化是導致電池失效報廢的最常見的原因。?
前面談過，由于在充電過程中，伴隨著水的丟失（電離，電解蒸發(fā)）影響硫酸鉛轉化為活性物質。而硫酸鉛本身難溶于水。當硫酸鉛在一定時間不能轉化為活性物質時，就會形成粗大的結晶體。這種結晶體阻礙了電池的正常工作，一部分多余的電能不能正常地轉化為化學能，因而轉化為熱能，更加重了水的丟失，從而形成了惡性循環(huán).當這個循環(huán)達到一定程度時,電池容量下降,嚴重時熱量越來越大,電池內壓增加,電池變形.所以科學的維護和保養(yǎng)是延長電池使用壽命的最經濟最有效的方法.?
五:電池的正確使用與維護?
①根據電池的工作特點,合理地維護與使用,對電池壽命的延長有著非常重要意義。?
鉛酸蓄電池正確的使用和維護非常必要，使用正確與否對電池的容量和壽命影響較大，掌握正確的充電方式非常關鍵。首先要選擇好充電器（建議使用組合脈沖充電機），充電器指標有輸出電壓，充電電流，調停點等。夏天天氣較熱，應選擇調停點較低充電器；冬天則反之。?
②要注意勤充電，不要等電用光了再充。當剛放電的電池，硫酸鉛較容易溶解并轉化為活性物質。一旦放置一段時間后。硫酸鉛很容易形成粗大的結晶體。造成不可逆的硫酸鹽化。此外，還要注意定期進行深循環(huán)，就是把電用光了后再充電，防止電池發(fā)生鈍化，一般一個月一次。?
③在電池的運輸，安裝過程中。嚴禁摔打牽拉極柱。不要把正負兩個極柱短路。不同容量，不同性能的電池不要在一起使用。?
④冬天充電時要注意保溫。否則電能不能正常轉化為化學能，充不滿電。當電解液溫度降低時，硫酸鉛溶解下降，電池內部分子活動度降低，內阻增加。此時充電，不等充足，充電器就會調停，用戶以為充滿，繼續(xù)使用。使硫酸鉛晶體變大，則形成不可逆的硫酸鹽化。?
??
維修操作部分?
一：鉛酸蓄電池的修復?
安珀系列組合脈沖修復機與修復液的問世，打破了“鉛酸電池不可修復”的錯誤結論。在長期的研發(fā)與實驗過程中，大多數的鉛酸蓄電池是可以修復的。其修復率可達91％，修復以后的容量可以達到初容量的80％以上。?
安珀組合脈沖修復機技術，采取了物理手段和化學手段相結合，從而達到對電池的維修與維護。?
1：安珀組合脈沖修復機與充電機的修復與維護原理：?
①在充電過程中，通過正負極之間定期地發(fā)射不斷轉化的離子來掃除了極板周圍的離子云；?
②清除附著在正負極板，尤其是負極板上是活性離子，也稱雜質離子。?
③強大的負脈沖可以將粗大堅硬的硫酸鉛結晶擊碎并促使其溶解；?
④通過正負脈沖的占空比調節(jié)使α—二氧化鉛與β—二氧化鉛的比例更趨合理。?
2：安珀公司研發(fā)的配套產品，修復液對電池修復的作用。?
修復液配合組合脈沖修復機使用，可以最大程度地縮短電池的修復時間，提高電池的修復率。其主要作用是：?
①???? 提高正極活性物質的利用率，防止正極板柵的腐蝕，從而減少正極活性物質的軟化脫落，一般正極活性物質的利用率僅為48％，加入修復液后，可以提高至53％以上。?
②???? 協(xié)助組合脈沖修復機，溶解粗大硫酸鉛結晶體，修復液中的化學成分與硫酸鉛反應，生成一種可溶性中間產物。使硫酸鉛轉化為活性物質，但用量必須控制。否則電池將發(fā)生短路。?
③???? 延長電池的使用壽命，通過少量改變正極板活性物質的晶體結構，可以最大限度地延長電池使用壽命。?
④???? 負極板鉛活性物質的成孔作用，通過對負極板海綿狀鉛的作用，增加負極板活性物質孔隙，使硫酸與活性物質的接觸面積增加。?
⑤???? 穩(wěn)定膠體電池中的膠體電解液。?
3：修復液的配制與使用?
修復液出廠有兩種：一種為濃縮型；一種為配制好直接使用的。對于濃縮液，必須加水稀適后方可使用。所用的水有一定的要求，各種雜質的含量要在一定的限度以內，通過常用水的電阻率和電導率間接表示，純水的制備方法有蒸餾法，離子交換法和電滲析法等。根據制取的方法不同，我們稱之為離子水、蒸餾水或超純水。但不管是什么水，只要電阻率達到5—10M/Ω，即可使用。測量方法是：用玻璃杯或非金屬杯，取被測水適量，用萬用表將檔位撥至20M/Ω處，將兩只表筆相距1cm插入水中，如電阻值達到5—10MΩ時，此水合格。?
濃縮型修復液出廠時每瓶含有500毫升，配制時，濃縮液與純水的比例應1：9的比例配制。例如，將一瓶500毫升濃縮液與4500毫升的水混合配制成5000毫升的修復液。?
應該注意的是：①對修復液要妥善保管防止誤飲；② 要放置在陰涼處，避免太陽直曬；③濃縮液為無色透明液體，有時有少許沉淀。用前要搖勻后再配制，如沉淀物太多，可視為失效。?
二：電動自行車，電摩用電池的修復方法。?
第一步：修復前準備，首先對電池外觀進行檢查，看外殼有無破損，是否漏液。樁頭是否氧化、斷裂、電池是否變形。是否進行過維修，如進行過維修，可問其維修地點，加過何種液體，如果廠家維修過，還可按此方法修復。如果其他方法維修的，不可修復，建議報廢。其次測量電壓，單節(jié)電池電壓在11.5V以上的為正常，在10.5V以上，11.5V以下為部分短路，10.5V以下為嚴重短路，0V為全部短路。?
第二步：打開電池蓋，去掉橡膠帽，加入修復液。加液的量為5—10 毫升以上， 滿為止。?
第三步：放電，放電時要注意先用5A放電，當電池放到10.5V時改為小電流，一般為2A以下，放到2V左右。如果使用安珀APSF12-4型容量檢測儀放電比較方便，APSF12-4型容量檢測儀與其他容量檢測儀不同，它具有修復前放電和修復后容量檢測兩種功能。修復前放電時，只需將調停點切換至0V，待放電至2V左右，即可開始修復。?
第四步：修復：將電池串聯起來（可根據修復機型號串聯電池多少）25Ah以下電池將占空比調節(jié)器逆時針調至最小或1/10處，用3.5—3.8A電流進行修復。17—25Ah電池，可適當調高，一般為4.5—5.5A。?
第五步：檢測、配組，將修完電池用5A衡流放電根據放電時間計算電池實際容量，將容量達到新電池80%以上電池，[計算公式：實際容量=5×放電時間（以小時計）/電池標定容量]按時間相近的原則配成一組，充滿電后，將電池傾斜45度，把剩余液體抽出，蓋好安全帽，用三氯甲烷將電池封好。?
三: 電動三輪車、摩托車、汽車等富液式鉛酸電池修復方法???
? 富液式電池和貧液式電池的區(qū)別在于有無游離電解液的存在，前者有游離液體存在，如汽車電池、摩托車電池、電動三輪車電池等，后者沒有，如電動自行車電池、17—20安時的電摩電池。它們在修復方法上有些不同。但在電池的判別上基本相同。具體操作如下：?
??? （一）：配液，富液式電池的修復用液與貧液式電池不同，配制時，首先要把濃縮液稀成修復液，然后再用修復液加上分析純濃硫酸，配制成比重為1：1.28---1.31的電解液備用。?
（二）：加液，對富液式電池來講，加液量要比貧液式大的多，所以要根據電池本身情況來定，一般來講，富液式電瓶都有標有一定是刻度。加液時，液平面不應超過限度，如看不清，則以淹沒極板為度。為了控制成本，不主張完全換液，就是把原來液體部分更換。如果原來電池缺液，則應直接補足。如果不缺，則應更換100毫升/格左右。?
對一些無法打開電池蓋免維護電池，不能換液的，而電池內部又有液體的電池，可直接修復。?
（三）：修復，用X—6B式X—7B。將占空比調至相應的位置，即65AH，調至正中120AH電池調至最大，修復電流控制在6---8A修復時間根據電池容量而定。設電池容量為C，修復電流為I，則修復的時間為T；公式為T=C/I×140 ％---160％。汽車電池在修復時還要觀察電池電壓和溫度。（高內阻電池除外）當電壓達到16V以上，并且有發(fā)熱的感覺應停止修復。其它電池則觀察電解液的變化。如電解液外觀變?yōu)橄疵姿畼訒r，修復結束。?
（四）：將修復完的電池靜置30分鐘。測量電池電壓與電解液的比重。如電池電壓在12.8V以上，電解液比重在1：1.28---1：1.3時，即可使用。如達不到此標準，可做相應的調節(jié)。?
（五）：注意事項?
1：配制電解液時，要注意安全，不要把水倒入硫酸中；?
2：配制時用的水一定要稀釋后的修復液，而不是濃縮液；?
3：如果修復時間達到標準時間，電壓不能達到15V（在非電壓時），該電池應為短路電池；?
4：修復完成后，電解液濃度達到要求式超過1：1.31，而電池電壓達不到12.8V的也可視為短路電池；?
5：修復前放電，用APSF12-4型放電機10A電流放電，當放至10.5V以下時,電池負載電壓急速下降到相對穩(wěn)定時,即可修復；?
6：對汽車電池，修復后要靜置2—3天，測量電池電壓，應保持在12.3V以上，即可使用。